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香蕉成熟度无损检测仪 学 生：戴欣亮 学 号 目 录 一、 研发背景 3 二、 香蕉气味指数和算法 3 1、 香蕉气味指数 3 2、 线性判别分析法(Linear discriminant analysis，LDA) 4 三、 无损检测仪总体设计 5 1、 系统框图 5 2、 模块设计 6 3、 软件设计 8 参考文献 10 2 一、 研发背景 许多研究结果表明：水果在采摘、包装、保存、运输及加工等作业环节中的 损失率高达30．45%，主要原因之一即为不同成熟度的水果相互混杂所造成的。 因此，根据水果的成熟度区分与筛选并及时的对其进行加工处理，对于改善水果 品质、提升水果等级有重要意义。传统的果品成熟度检测主要是利用硬度计、糖 度计、酸度计等来检测水果内部的硬度、可溶性糖、可滴定酸等一些与成熟相关 的指标，均属于有损检测，不仅检测过程中要破坏水果的组织，而且无法大规模 地逐个检测，不适于现代果品生产。鉴于此，无损检测技术应运而生。无损检测 又称非破坏检测，是一种在不破坏被检对象的前提下，利用果品的物理性质对其 进行检测、评价的方法，是近年来新兴起的一种检测果品品质的高科技手段，既 可以检测果品品质，又不会对水果造成伤害，保证了水果的完整性，是确定水果 最佳采收期和按成熟度进行准确分级的关键。无损检测技术具有无损、快速、准 确和实时性的特性。 二、 香蕉气味指数和算法 1、香蕉气味指数 用传感器阵列对8个批次的香蕉样品在1至7级成熟度下进行挥发性气体检测， 并对各传感器的响应值进行分析，以期进一步了解各传感器对变化的香蕉气体的 响应趋势，寻求合适的分类方法。图4为4个传感器对不同成熟阶段的香蕉挥发性 气体的响应曲线。从图4可以看出，4个传感器的响应曲线各不相同，其中EC修饰 的传感器在香蕉成熟过程中对香蕉的挥发性有机化合物的响应(频移)在第1到第 3成熟阶段呈上升，随后波动不明显；CA 修饰的传感器对香蕉的挥发性化合物的 响应是先随香蕉成熟度增加而增加，在达到4级成熟阶段时达到最大，随后降低， 接着略有波动地变化；GC修饰的传感器对香蕉挥发性化合物的响应在第1至第5 阶段上下波动，随后呈下降趋势；DOPS修饰的传感器在香蕉成熟过程中对香蕉有 机挥发性化合物的响应变化波动不明显。各传感器不同的响应表现归因于各修饰 膜的不同极性及微观结构对复杂的香蕉气味的选择性吸附，以及香蕉成熟过程中 3 气味成分的变化。 2、线性判别分析法(Linear discriminant analysis，LDA) LDA 是研究样品归类的一种统计方法。LDA分析注重样品数据在空间的分布， 通过运算法则将其投影到某一空间，使得类间距离尽可能的大，即使样品在该空 间中有最佳的可分离性。本文利用典型的Fisher linear discriminantanalysis 判别法，对传感器在香蕉1级到7级成熟度下VOCs的响应数据进行分析，即对原始 样本数据经投影后在新空间中有最大的类问距离，最小的类内距离。在SPSS下的 LDA分析结果见下图所示。图中代表每1类成熟度圈的中间黑色方框为该组数据质 心。从图6可以看出，各组数据都能正确归类，正确归类率达到100％。其中第6 组和第7组，以及第5组和第6组的距离很近，这说明在成熟度为第5级与第6级， 以及第6级和第7级香蕉的挥发性气体成分变化相对较小。 4 三、 无损检测仪总体设计 随着智能手机和平板的出现，无损检测仪通过此类便携式平台对数据进行处 理，作为新兴平台（手机和平板）的外置接口售出，在市场上具有较高的接受度。 利用现成的处理平台，无损检测仪提高通用度降低了成本。 1、系统框图 香蕉成熟度无损检测仪系统框图如下 外置检测仪